Java进阶之多线程

2021/5/24 20:57:20

本文主要是介绍Java进阶之多线程,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

一、程序、进程、线程的理解

1.程序(programm)

概念:是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码

2.进程(process)

概念:程序的一次执行过程,或是正在运行的一个程序
说明:进程作为资源分配的单位,系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域

3.线程(thread)

概念:进程可进一步细化为线程,是一个程序内部的一条执行路径。
说明:线程作为调度和执行的单位,每个线程拥独立的运行栈和程序计数器(pc),线程切换的开销小。

补充:
内存结构:

进程可以细化为多个线程。
每个线程,拥有自己独立的:栈、程序计数器
多个线程,共享同一个进程中的结构:方法区、堆。

二、并行与并发

1.单核CPU与多核CPU的理解

  • 单核CPU,其实是一种假的多线程,因为在一个时间单元内,也只能执行一个线程的任务。例如:虽然有多车道,但是收费站只有一个工作人员在收费,只有收了费才能通过,那么CPU就好比收费人员。如果某个人不想交钱,那么收费人员可以把他“挂起”(晾着他,等他想通了,准备好了钱,再去收费。)但是因为CPU时间单元特别短,因此感觉不出来。
  • 如果是多核的话,才能更好的发挥多线程的效率。(现在的服务器都是多核的)
  • 一个Java应用程序java.exe,其实至少三个线程:main()主线程,gc()垃圾回收线程,异常处理线程。当然如果发生异常,会影响主线程。

2.并行与并发的理解

  • 并行:多个CPU同时执行多个任务。比如:多个人同时做不同的事。
  • 并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如:秒杀、多个人做同一件事

三、创建多线程的两种方式

方式一:继承Thread类的方式:

  • 创建一个继承于Thread类的子类
  • 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
  • 创建Thread类的子类的对象
  • 通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()

说明两个问题:
问题一:我们启动一个线程,必须调用start(),不能调用run()的方式启动线程。
问题二:如果再启动一个线程,必须重新创建一个Thread子类的对象,调用此对象的start().

方式二:实现Runnable接口的方式:

  • 创建一个实现了Runnable接口的类
  • 实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
  • 创建实现类的对象
  • 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象
  • 通过Thread类的对象调用start()

两种方式的对比:

  • 开发中:优先选择:实现Runnable接口的方式
  • 原因:
    • 实现的方式没类的单继承性的局限性
    • 实现的方式更适合来处理多个线程共享数据的情况。
  • 联系:public class Thread implements Runnable
  • 相同点:两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。目前两种方式,要想启动线程,都是调用的Thread类中的start()。

四、Thread类中的常用方法

Thread类中的常用的方法:

  • start():启动当前线程;调用当前线程的run()
  • run(): 通常需要重写Thread类中的此方法,将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
  • currentThread():静态方法,返回执行当前代码的线程
  • getName():获取当前线程的名字
  • setName():设置当前线程的名字
  • yield():释放当前cpu的执行权
  • join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态,直到线程b完全执行完以后,线程a才结束阻塞状态。
  • stop():已过时。当执行此方法时,强制结束当前线程。
  • sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内,当前线程是阻塞状态。
  • isAlive():判断当前线程是否存活
  • 线程的优先级:
    • 1
      • MAX_PRIORITY:10
      • MIN _PRIORITY:1
      • NORM_PRIORITY:5 -->默认优先级
    • 2.如何获取和设置当前线程的优先级:
      • getPriority():获取线程的优先级
      • setPriority(int p):设置线程的优先级
  • 说明:高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲,高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只当高优先级的线程执行完以后,低优先级的线程才执行。

线程通信:wait() / notify() / notifyAll() :此三个方法定义在Object类中的。

补充:线程的分类
一种是守护线程,一种是用户线程

五、Thread的生命周期

图示:

说明:
1.生命周期关注两个概念:状态、相应的方法
2.关注:

  • 状态a-->状态b:哪些方法执行了(回调方法)
  • 某个方法主动调用:状态a-->状态b

3.阻塞:临时状态,不可以作为最终状态
死亡:最终状态。

六、线程的同步机制

1.背景

例子:创建个窗口卖票,总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式

  • 1.问题:卖票过程中,出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
  • 2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中,尚未操作完成时,其他线程参与进来,也操作车票。
  • 3.如何解决:当一个线程a在操作ticket的时候,其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时,其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞,也不能被改变。

2.Java解决方案:同步机制

在Java中,我们通过同步机制,来解决线程的安全问题。

方式一:同步代码块

synchronized(同步监视器){
	//需要被同步的代码
}
  • 说明:
    • 1.操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了,也不能包含代码少了。
    • 2.共享数据:多个线程共同操作的变量。比如:ticket就是共享数据。
    • 3.同步监视器,俗称:锁。任何一个类的对象,都可以充当锁。
    • 要求:多个线程必须要共用同一把锁。
  • 补充:在实现Runnable接口创建多线程的方式中,我们可以考虑使用this充当同步监视器。
    在继承Thread类创建多线程的方式中,慎用this充当同步监视器,考虑使用当前类充当同步监视器。

方式二:同步方法

  • 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中,我们不妨将此方法声明同步的。
  • 关于同步方法的总结:
    1. 同步方法仍然涉及到同步监视器,只是不需要我们显式的声明。
    1. 非静态的同步方法,同步监视器是:this
  • 静态的同步方法,同步监视器是:当前类本身

方式三:Lock锁 --- JDK5.0新增

  • 面试题:synchronized 与 Lock的异同?
  • 相同:二者都可以解决线程安全问题
  • 不同:synchronized机制在执行完相应的同步代码以后,自动的释放同步监视器
  • Lock需要手动的启动同步(lock(),同时结束同步也需要手动的实现(unlock())

使用的优先顺序:

  • Lock ---> 同步代码块(已经进入了方法体,分配了相应资源 ) ---> 同步方法(在方法体之外)

    3.利弊

    同步的方式,解决了线程的安全问题。---好处
    操作同步代码时,只能一个线程参与,其他线程等待。相当于是一个单线程的过程,效率低。

4.

面试题:Java是如何解决线程安全问题的,有几种方式?并对比几种方式的不同

面试题:synchronized和Lock方式解决线程安全问题的对比

线程安全的单例模式(懒汉式)

使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的。

class Bank{

    private Bank(){}

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance(){
        //方式一:效率稍差
//        synchronized (Bank.class) {
//            if(instance == null){
//
//                instance = new Bank();
//            }
//            return instance;
//        }
        //方式二:效率更高
        if(instance == null){

            synchronized (Bank.class) {
                if(instance == null){

                    instance = new Bank();
                }

            }
        }
        return instance;
    }
}

面试题:写一个线程安全的单例模式。
饿汉式。
懒汉式:上面提供的。

死锁问题

1.死锁的理解:

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃,都在等待对方放弃自己需要的同步资源,就形成了线程的死锁

2.说明:

  • 1出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所的线程都处于阻塞状态,无法继续
  • 2我们使用同步时,要避免出现死锁。

3.举例:

public static void main(String[] args) {

    StringBuffer s1 = new StringBuffer();
    StringBuffer s2 = new StringBuffer();


    new Thread(){
        @Override
        public void run() {

            synchronized (s1){

                s1.append("a");
                s2.append("1");

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }


                synchronized (s2){
                    s1.append("b");
                    s2.append("2");

                    System.out.println(s1);
                    System.out.println(s2);
                }


            }

        }
    }.start();


    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (s2){

                s1.append("c");
                s2.append("3");

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (s1){
                    s1.append("d");
                    s2.append("4");

                    System.out.println(s1);
                    System.out.println(s2);
                }
            }
        }
    }).start();
}     

七、线程通信

1.线程通信涉及到的三个方法:

  • wait():一旦执行此方法,当前线程就进入阻塞状态,并释放同步监视器。
  • notify():一旦执行此方法,就会唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait,就唤醒优先级高的那个。
  • notifyAll():一旦执行此方法,就会唤醒所有被wait的线程。

2.说明:

  • 1.wait(),notify(),notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
  • 2.wait(),notify(),notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则,会出现IllegalMonitorStateException异常
  • 3.wait(),notify(),notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。

3.面试题:

面试题:sleep() 和 wait()的异同?

  • 1.相同点:一旦执行方法,都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
  • 2.不同点:1)两个方法声明的位置不同:Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
  • 2)调用的要求不同:sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
  • 3)关于是否释放同步监视器:如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中,sleep()不会释放锁,wait()会释放锁。

4.

小结释放锁的操作:

小结不会释放锁的操作:

八、JDK5.0新增线程创建的方式

新增方式一:实现Callable接口。 --- JDK 5.0新增

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
    //2.实现call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}


public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中,创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread对象,并调用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为:" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

说明:

  • 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大?
    1. call()可以返回值的。
    1. call()可以抛出异常,被外面的操作捕获,获取异常的信息
    1. Callable是支持泛型的

新增方式二:使用线程池

class NumberThread implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

class NumberThread1 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0;i <= 100;i++){
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}

说明:

  • 好处:
  • 1.提高响应速度(减少了创建新线程的时间)
  • 2.降低资源消耗(重复利用线程池中线程,不需要每次都创建)
  • 3.便于线程管理
  • corePoolSize:核心池的大小
  • maximumPoolSize:最大线程数
  • keepAliveTime:线程没任务时最多保持多长时间后会终止

面试题:Java中多线程的创建有几种方式?四种。



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